[发明专利]一种面向刑侦的未知身源颅骨的计算机辅助面貌复原方法

说明书

本发明涉及法医人类学、计算机图形学等领域中的一种面向刑侦的未知身源颅骨的计算机辅助面貌复原方法，主要步骤包括：步骤一，未知身源颅骨的三维建模；步骤二，未知身源颅骨的性别判别；步骤三，基于稠密点的面部软组织规律分析；步骤四，基于稠密点配准的颅骨面貌复原方法；步骤五，基于主成分分析的未知身源颅骨的面貌估计；步骤六，基于三维面貌模型的排查照片的生成。本发明提供的面向刑侦的未知身源颅骨的计算机辅助面貌复原方法能够快速实现未知身源颅骨的面貌复原，可为刑事案件侦查预测受害人的生前面貌。

技术领域

本发明涉及法医人类学、计算机图形学等领域中的面向刑侦的未知身源颅骨的计算机辅助面貌复原方法，能够实现未知身源颅骨的性别鉴定、分析发现面部软组织的分布规律，实现未知身源颅骨的三维面貌复原，可应用于刑侦现场未知身源颅骨的面貌复原，可为刑事案件侦查预测受害人的生前面貌。并可以进一步推广应用于考古学领域中古代名人的面貌复原、人类学领域中人类面貌的演化分析等领域。

背景技术

颅骨是人类面貌内在的生物特征，面貌是人与人之间最直接的识别依据，颅骨的形态决定人体面貌的基本形态。颅骨面貌复原是以法医人类学的基本理论和方法为基础，针对大数据集颅面数据，通过测量、分析及统计方法，发现颅骨和面貌的相互关系，并结合颅面形态规律实现给定颅骨的面貌估计。

传统颅骨面貌复原方法涉及法医人类学、解剖学、艺术雕塑等学科，主要针对尸体进行测量统计。受到颅面样本数量有限、用于测量软组织厚度的颅骨特征点数量少等因素的制约，导致颅面形态规律的分析结果缺乏有效的数据支持；并且，由于传统手工面貌复原方法的结果在很大程度上取决于个人对颅面形态的理解，复原结果容易受主观因素影响。近年来，随着CT、MRI等高分辨率医学图像数字采集设备的快速发展及广泛应用，计算机图形学、可视化技术、医学图像处理等信息科学新技术为颅面形态研究及其应用提供新的研究方法和实现技术。信息科学技术能够快速实现大样本颅面三维建模，基于颅骨的性别判别和面部软组织分布规律分析，实现客观、科学和具有可重复性的面貌复原结果。

目前，基于颅骨数据配准的面貌复原方法已经被广泛应用于面貌复原，其实质是将参考数据的软组织作为待复原颅骨的软组织进行面貌复原。基本过程如下：首先基于颅骨特征点实现参考颅骨向待复原颅骨的非刚性配准，然后将该变换应用于参考面貌模型，从而实现面貌复原。Philips等和周明全等人最早提出利用CT进行活体样本数据的采集和大数据集软组织厚度的测量，保证面貌复原结果的准确性。Turner等人采用薄板样条函数实现参考颅骨向待复原颅骨的配准，然后将此变换应用于参考面貌模型，实现面貌复原。Peter Tu等人在进行颅骨非刚性配准前，首先将颅骨进行柱面展开，从而将三维颅骨模型的非刚性配准问题转化为二维展开图的非刚性配准，通过非线性优化方法实现颅骨配准及面貌复原。邓擎琼等人提出全局与局部配准相结合的方法，实现待复原颅骨与参考颅骨的配准。裴玉茹等人生成颅骨软组织的二维展开图，将其作为待复原颅骨的软组织分布，采用径向基网RBFN（radial basis function network）实现面貌复原。基于面貌特征点配准的方法实质是模拟传统基于软组织厚度的三维手工复原方法。首先根据测量得到的软组织厚度估计待复原颅骨特征点对应面貌点的几何坐标p，然后实现参考面貌特征点向待复原面貌特征点p的变形，实现面貌复原。李江等人采用移动最小二乘方法，实现了基于面貌特征点的复原。然而上述两类复原方法并未涉及颅面参考数据的选择，并存在以下问题亟待解决：（a）缺少有效的面部软组织规律分析方法；（b）缺少有效的颅面数据分类方法；（c）颅骨面貌复原方法亟待改进。

本专利对基于颅骨的面貌复原方法进行了扩展，提出了一种面向刑侦的未知身源颅骨的计算机辅助复原方法。该方法依据颅骨的少量几何测量指标建立了颅骨性别判别方程，实现了完整颅骨和缺少下颌骨的颅骨的性别判别。定义了面部软组织分析六项评价指标，建立了面部软组织分布图，分析了面部软组织分布与性别、年龄的关系。提出了颅面数据分类方法和基于主成分分析的颅骨颅面复原方法，克服了仅依靠单一颅面样本决定面貌复原结果的局限。最后通过替换眼睛、鼻子、嘴、头发等信息实现了受害人生前照片的预测。

发明内容